考慮滲流作用的深部巷道圍巖流變特性及控制機(jī)理研究.pdf

1、地下水滲流是導(dǎo)致深部巷道圍巖劇烈流變大變形與破裂失穩(wěn)的重要因素之一，開展?jié)B流-應(yīng)力耦合作用下深部巷道圍巖流變特性及其控制機(jī)理的研究，對于解決我國大量的深部富水巷道圍巖控制難題具有重要的理論與工程意義。本文以深部富水巷道工程地質(zhì)條件為研究背景，綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬和現(xiàn)場監(jiān)測相結(jié)合的方法，對滲流-應(yīng)力耦合作用下深部巷道圍巖流變特性及控制機(jī)理進(jìn)行深入系統(tǒng)地研究，取得了以下創(chuàng)新性成果：
　?。?）利用自主研發(fā)的巖石滲流試

2、驗(yàn)裝置，配合MTS816巖石電液伺服試驗(yàn)系統(tǒng)，系統(tǒng)開展了巖石峰后流變-滲流耦合試驗(yàn)，獲得了不同峰后應(yīng)力狀態(tài)、圍壓及孔隙水壓下巖石峰后流變變形、流變速率、滲透系數(shù)等隨時間的演化規(guī)律，揭示了滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石峰后的流變特性及滲透特性，并結(jié)合巖石CT掃描和電鏡掃描(SEM)試驗(yàn)，查明了滲流-應(yīng)力耦合作用下巖石流變破壞形式和微細(xì)觀破裂機(jī)理。
　　（2）基于巖石峰后流變-滲流耦合試驗(yàn)結(jié)果，引入非線性粘塑性體改進(jìn)西原模型，建立了考慮滲流

3、作用的巖石峰后非線性流變模型，利用Laplace積分變換推導(dǎo)了巖石峰后非線性流變?nèi)S本構(gòu)方程，借助Quasi-Newton非線性優(yōu)化算法辨識了模型中的流變參數(shù)。將該模型與經(jīng)典的流-固耦合理論相結(jié)合，建立了巖石峰后非線性流變-滲流耦合模型，并將其嵌入至FLAC3D軟件中，對滲流作用下巖石三軸壓縮流變過程進(jìn)行數(shù)值模擬，模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，證明了該模型的有效性與可靠性。
　?。?）以典型的深部富水巷道工程地質(zhì)條件為背景，利用提出

4、的巖石峰后非線性流變-滲流耦合模型，建立了滲流-應(yīng)力耦合作用下深部巷道三維數(shù)值計(jì)算模型，系統(tǒng)地研究了考慮滲流作用的深部巷道圍巖應(yīng)力場、位移場、塑性區(qū)分布及滲流場隨時間的演化特征，分析了不同孔隙水壓和時間等因素對巷道圍巖流變變形、破壞形態(tài)和滲流行為的影響規(guī)律，揭示了滲流-應(yīng)力耦合作用下深部巷道圍巖流變大變形與破裂失穩(wěn)機(jī)理。
　?。?）針對深部富水巷道圍巖的流變大變形特征，提出了一種以高強(qiáng)讓壓注漿錨桿為核心的“讓壓-錨注”耦合控制方法